本发明涉及一种旋转变压器的信号采集及补偿方法，具体涉及到旋转变压器的正余弦信号的ad采样方式以及采样信号的相位补偿。
背景技术：
旋转变压器是工业驱动领域一种常见的速度传感器，在传感器的信号处理上，目前主要有两种方式：一是采用专用的处理芯片(rdc)，直接得到角度；另一种是用分立的器件组成电路，采集正余弦信号后，利用相应的算法求得角度。采用专用的处理芯片，具有稳定、方便的特点，但是价格高。采用分立器件组成电路加上一定的算法，也可以获得不错的效果。但是在分立器件处理时，误差是必须要处理的问题。
例如：在采集正余弦信号时，并不能保证同时采集到两路信号，两路采集到的信号不能保证完全的正交，影响到算法的精度。有文献提出采用专门的ad同步采样模块，这增加了成本。
又例如：旋转变压器本身是阻感性的负载，原边的激励信号与副边的输出信号之间不可避免的会有相位的偏移，再加上输出信号在调理的过程中，又会带来一定的相位偏移。
针对上述问题，本发明提出一种综合的解决方式，采用分立器件，既减少成本，又能实时的保证可靠的精度。
技术实现要素：
针对上述电路采集、处理过程中的误差问题，本发明提出一种基于激励信号峰值触发mcu处理器自带的ad同步采样功能的旋转变压器的信号采集及补偿方法，既可以获得较高的信噪比，也可以减小正余弦信号不同步采样带来的误差，同时成本也比较低。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现:
一种旋转变压器的信号采集及补偿方法，其特征在于：利用mcu处理器自带的同步采样功能，在激励信号的峰值点触发旋转变压器输出正余弦信号的ad转换功能；同时将旋转变压器输出的正弦信号与余弦信号相加或者相减，得到一个新的合成信号；
在系统上电后或者电机每次运行前，自动捕获激励信号与合成信号的相位差，若相位差在预设的范围内，则将相位差转化为激励频率与旋转变压器输出正弦信号或者余弦信号的时间差，自动设置在mcu处理器的ad延迟转换的寄存器内；若相位差超出预设的范围，则报错，禁止运行。
在本发明的一个优选实施例中，所述在激励信号的峰值点触发旋转变压器输出正弦信号与余弦信号的ad转换功能是指以激励信号的峰值点触发mcu处理器内部的ad同步采样模块进行同步采样。
在本发明的一个优选实施例中，所述将旋转变压器输出的正弦信号与余弦信号相加或者相减，得到一个新的合成信号具体是指：将旋转变压器输出的正弦信号与余弦信号通过加法或者减法的三角函数处理方式，得到一组新的信号，该新的信号为合成信号。
在本发明的一个优选实施例中，所述合成信号与输出的正弦信号和余弦信号之间的相位差是固定的。
在本发明的一个优选实施例中，所述激励信号由以下公式(1)来表示：
v＝em*sinωt(1)
所述旋转变压器输出的正弦信号由以下公式(2)来表示：
v1＝k*em*sinωt*sinθ(2)
所述旋转变压器输出的余弦信号由以下公式(3)来表示：
v2＝k*em*sinωt*cosθ(3)
所述合成信号由以下公式(4)和公式(5)来表示：
上述公式(1)、公式(1)、公式(3)、公式(4)、公式(5)中：v为激励信号，em为旋转变压器原边线圈激励电压有效值，sinωt为原边线圈激励信号的角度正弦值，v1为旋转变压器输出的正弦信号，v2为旋转变压器输出的余弦信号，k为变压比,θ为旋转角度。
在本发明的一个优选实施例中，所述自动捕获激励信号与合成信号的相位差是指：采集激励信号与合成信号的过零点信号或者是峰值信号，捕获激励信号与合成信号的相位差。
由于采用了如上的技术方案，本发明系统每次上电后或者每次系统运行前，测量激励信号与进入mcu处理器的正弦信号或余弦信号的相位差，可以有效的解决器件参数的偏移，温度带来的相位变化等问题。
由于旋转变压器在一些特定角度下(0°、90°、180°等)，一相的输出可能为0，所以本发明采用正余弦输出信号相加或者相减的方式，得到一个合成信号，该合成信号与输出的正余弦信号虽然有相移，但是是一个固定的偏移量。
若激励信号与合成信号的相位差小于预设的偏移量，则将该相位差转化成激励频率与输出正弦信号的相位差，补偿在同步采样模块延迟采样的时间中。相位差若大于预设的偏移量，则报错，禁止运行。
本发明既保证了采集信号的精度，又能用一种比较简单的方式稳定的实现锁相的功能。
附图说明
图1为本发明利用mcu处理器捕获激励信号与合成信号的示意图。
图2为本发明的旋转变压器激励信号与输出信号示意图。
图3为本发明旋转变压器输出信号与合成信号示意图。
图4为本发明同步采样以及补偿示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。
本发明的一种旋转变压器的信号采集及补偿方法，其利用mcu处理器自带的同步采样功能，在激励信号的峰值点触发旋转变压器输出正余弦信号的ad转换功能；同时将旋转变压器输出的正弦信号与余弦信号相加或者相减，得到一个新的合成信号；
在系统上电后或者电机每次运行前，自动捕获激励信号与合成信号的相位差，若相位差在预设的范围内，则将相位差转化为激励频率与旋转变压器输出正弦信号或者余弦信号的时间差，自动设置在mcu处理器的ad延迟转换的寄存器内；若相位差超出预设的范围，则报错，禁止运行。
所述在激励信号的峰值点触发旋转变压器输出正弦信号与余弦信号的ad转换功能是指以激励信号的峰值点触发mcu处理器内部的ad同步采样模块进行同步采样。
所述将旋转变压器输出的正弦信号与余弦信号相加或者相减，得到一个新的合成信号具体是指：将旋转变压器输出的正弦信号与余弦信号通过加法或者减法的三角函数处理方式，得到一组新的信号，该新的信号为合成信号。
所述合成信号与输出的正弦信号和余弦信号之间的相位差是固定的。
所述激励信号由以下公式(1)来表示：
v＝em*sinωt(1)
所述旋转变压器输出的正弦信号由以下公式(2)来表示：
v1＝k*em*sinωt*sinθ(2)
所述旋转变压器输出的余弦信号由以下公式(3)来表示：
v2＝k*em*sinωt*cosθ(3)
所述合成信号由以下公式(4)和公式(5)来表示：
上述公式(1)、公式(1)、公式(3)、公式(4)、公式(5)中：v为激励信号，em为旋转变压器原边线圈激励电压有效值，sinωt为原边线圈激励信号的角度正弦值，v1为旋转变压器输出的正弦信号，v2为旋转变压器输出的余弦信号，k为变压比；θ为旋转角度。
所述自动捕获激励信号与合成信号的相位差是指：采集激励信号与合成信号的过零点信号或者是峰值信号，捕获激励信号与合成信号的相位差。
本具体实施方式的旋转变压器的信号采集及补偿方法的具体步骤如下：
(1)采集旋转变压器输出的正弦与余弦信号，采用加法器获得合成信号，并且通过运放电路产生过零点的方波信号(本具体实施方式以加法为例，合成信号滞后输出正弦信号45°，若用减法，则合成信号超前正弦信号45°)。
(2)采集旋转变压器的激励信号的过零点，通过运放电路等获得过零点的方波信号。
(3)利用mcu处理器捕获激励信号与合成信号的零点之间的时间差t1，具体参见图1。
(4)将步骤(3)中的时间差t1转化为相位差d，激励信号的频率为，则合成信号与激励信号的相位差为如下公式(6)：
α＝t1*f*360°
(6)
其中：f为激励信号的频率；
(5)由于合成信号固定的滞后正弦信号45°，可以得到旋转变压器的输出正弦信号与激励信号的相位差β为如下公式(7)：
β＝α-45°
(7)
(6)判定步骤(5)中的相位差β是否超出了设计的预设值，若相位差太大，则系统产生错误提示，禁止运行。
(7)若步骤(5)中的相位差在设计的预设范围内，则转化为激励信号与旋转变压器输出正弦信号的时间差t2(如下公式(8))。
t2＝β/(f*360°)
(8)
(8)在激励信号的零点触发ad同步采样，但是增加一定的延迟采样时间。
延迟采样时间＝(1/4激励信号周期) (顶【7】所述时间差)
＝1/(4*f) t2
延迟1/4激励信号周期主要是保证在激励信号的峰值点采样，以保证较好的信噪比。同时再延迟激励信号与输出信号的时间差，以补偿物理器件带来的相位差。本发明是采用延迟1/4激励信号周期的方式获得峰值采样点，若采用硬件比较的方式，获得激励信号的峰值点，也应在本专利的保护范围之内。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种旋转变压器的信号采集及补偿方法，其特征在于：利用mcu处理器自带的同步采样功能，在激励信号的峰值点触发旋转变压器输出正余弦信号的ad转换功能；同时将旋转变压器输出的正弦信号与余弦信号相加或者相减，得到一个新的合成信号；
在系统上电后或者电机每次运行前，自动捕获激励信号与合成信号的相位差，若相位差在预设的范围内，则将相位差转化为激励频率与旋转变压器输出正弦信号或者余弦信号的时间差，自动设置在mcu处理器的ad延迟转换的寄存器内；若相位差超出预设的范围，则报错，禁止运行。
2.如权利要求1所述的一种旋转变压器的信号采集及补偿方法，其特征在于：所述在激励信号的峰值点触发旋转变压器输出正弦信号与余弦信号的ad转换功能是指以激励信号的峰值点触发mcu处理器内部的ad同步采样模块进行同步采样。
3.如权利要求2所述的一种旋转变压器的信号采集及补偿方法，其特征在于：所述将旋转变压器输出的正弦信号与余弦信号相加或者相减，得到一个新的合成信号具体是指：将旋转变压器输出的正弦信号与余弦信号通过加法或者减法的三角函数处理方式，得到一组新的信号，该新的信号为合成信号。
4.如权利要求3所述的一种旋转变压器的信号采集及补偿方法，其特征在于：所述合成信号与输出的正弦信号和余弦信号之间的相位差是固定的。
5.如权利要求4所述的一种旋转变压器的信号采集及补偿方法，其特征在于：所述激励信号由以下公式(1)来表示：
v＝em*sinωt(1)
所述旋转变压器输出的正弦信号由以下公式(2)来表示：
v1＝k*em*sinωt*sinθ(2)
所述旋转变压器输出的余弦信号由以下公式(3)来表示：
v2＝k*em*sinωt*cosθ(3)
所述合成信号由以下公式(4)和公式(5)来表示：
上述公式(1)、公式(1)、公式(3)、公式(4)、公式(5)中：v为激励信号，em为旋转变压器原边线圈激励电压有效值，sinωt为原边线圈激励信号的角度正弦值，v1为旋转变压器输出的正弦信号，v2为旋转变压器输出的余弦信号，k为变压比；θ为旋转角度。
6.如权利要求5所述的一种旋转变压器的信号采集及补偿方法，其特征在于：所述自动捕获激励信号与合成信号的相位差是指：采集激励信号与合成信号的过零点信号或者是峰值信号，捕获激励信号与合成信号的相位差。
技术总结